太陽能電池如何柔為美

柔性太陽能電池的一個重要應用領域是光伏建筑一體化，高柔性和輕質化使得它可以集成在窗戶、屋頂、外牆或內牆上。此外，柔性太陽能電池還可以廣泛應用於背包、帳篷、汽車、帆船甚至飛機上，為各種便攜式電子及通信設備、交通工具提供輕便的清潔能源。

與傳統的晶硅太陽能電池相比，柔性太陽能電池，特別是柔性染料敏化太陽能電池、聚合物太陽能電池及新興的鈣鈦礦太陽能電池，可以運用成熟的高速報紙印刷卷對卷技術，將半導體材料通過印刷的方式覆蓋在卷筒表面的導電塑料或不鏽鋼箔片上。

結合納米技術的染料敏化太陽能電池、有機鈣鈦礦太陽能電池具有明顯的材料和器件組裝優勢，是當前國際上較主流的柔性太陽能電池。

要得到高性能的柔性染料敏化太陽能電池並推動其產業化，要從以下幾個方面尋求突破。一方面是需要進一步提高柔性染料敏化太陽能電池的光電轉換效率和穩定性。另一方面是進一步降低電池的成本並實現卷對卷的大規模印刷制備。

近幾年來，鈣鈦礦太陽能電池的研究處於非常活躍的狀態。根據近年來快速更新的光電轉換效率紀錄，實現25%的光電轉換效率離我們並不遙遠。鈣鈦礦太陽能電池能否實現大規模的制作並進入產業化，還有許多問題亟待解決。

首先，選擇合適的清潔有機金屬鹵化物來取代劇毒的含鉛有機金屬鹵化物。其次，要進一步提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率，設計新型結構的器件也是非常關鍵的一步。最后，隻有解決了鈣鈦礦太陽能電池器件大面積均勻性和一致性等重要問題，才可以獲得大面積的高光電轉換效率的鈣鈦礦太陽能電池，使其接近產業化。

柔性太陽能電池作為太陽能產業的前沿代表，通過全球各研究機構和企業的不斷努力，正以更多、更好、更廉價的方式進入更廣闊的太陽能電池市場。柔性太陽能電池是現有商業太陽能電池最有潛力的競爭者。積極開展柔性太陽能電池研究對於搶佔太陽能電池行業發展的先機，促進太陽能電池技術的升級換代具有重要意義。從更高的層次上講，開展柔性太陽能電池研究並推動其產業化，將使人類更廉價、更方便地獲得取之不盡、用之不竭的清潔能源，對於整個人類社會和經濟的可持續發展、提高綠色國內生產總值、治污防霾都具有重要意義。

聚合物太陽能電池是近年來發展起來的一種新型太陽能電池，其核心是利用聚合物/有機光電材料將光能轉化成電能。這類電池具有質量輕、制備工藝簡單及可通過低成本的印刷方式制備大面積柔性器件等突出優點﹔更為重要的是，人們通過分子設計合成新型半導體聚合物或有機分子、採用新的器件結構或對活性層進行特殊處理等方法可以很容易地提高器件的性能。基於這些獨特的優點，聚合物太陽能電池已經成為世界各國科學界研究的熱點和產業界開發、推廣的重點。

光電轉換效率是決定聚合物太陽能電池能否走向實用的關鍵參數，因此如何實現高的光電轉換效率成為該領域研究的核心問題。

在過去的十幾年裡，聚合物太陽能電池的光電轉換效率已經逐步從1%提高到10%以上。活性層材料的分子設計、形貌優化及界面材料的開發、器件結構的創新是推動聚合物太陽能電池領域快速發展的重要途徑。

獲得高性能聚合物太陽能電池的難點在於：設計和合成性能更加優越的活性層給體和受體光伏材料、調控和優化活性層給體/受體共混形貌、選擇合適的電極界面修飾層材料、優化器件結構及優化光電轉換的各個基本物理過程。因此，探索和開發更高效的聚合物太陽能電池光伏材料和界面修飾層材料及器件制備工藝，是聚合物太陽能電池技術面向應用的必經之路。

（摘編自《中國學科發展戰略·太陽電池科學技術》，該書由國家自然科學基金委員會、中國科學院編，科學出版社出版。）